MMC谐波性能优化双级模型预测控制

模块化多电平换流器(MMC)采用模型预测控制(MPC)可实现多目标多约束协调控制,但计算复杂度高,同时存在不期望的开关动作使得输出谐波含量较多.为解决这个问题,提出了一种谐波性能改进的MMC双级MPC策略.在双级MPC方案中,与电压矢量相关联的第1级中处理主要控制目标,而在与子模块(SM)相关联的第2级中处理次要控制目...     

双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。     

基于电压电平的MMC直接功率预测控制策略

针对模块化多电平变流器（MMC）传统控制复杂的问题,本文提出了一种基于电压电平的MMC直接功率预测控制策略。与预测电流控制器相比,该控制策略的优点是不需要锁相环采集角度信息,能够摆脱旋转变换和内环电流计算。此外,所提控制策略采用三相统一控制,无需逐项控制,简化了控制结构。本文首先建立了MMC的数学模型,接着给出了所提控制策略的设计思路以及控制框图,最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。结果表明：所提策略在降低功率纹波和功率追踪方面具有显著优势,并且在暂态和网侧电感参数失配的情况下,仍能达到良好的控制效果,具有鲁棒性和快速响应能力。     

基于连续控制集模型预测控制的MMC桥臂电流控制策略

模块化多电平变换器(MMC)的桥臂电流控制方法可同时实现交流侧电流控制和环流抑制。连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)是一种时域内基于模型的最优控制方法,动态响应快,可以实现多频带复合信号的准确跟踪。提出一种基于CCS-MPC的桥臂电流控制方法,通过设计模型预测控制(MPC)控制器同时实现桥臂电流直流分量、基频交流分量的准确跟踪和倍频环流的抑制,克服了传统分频控制策略在暂态期间不同控制器相互影响的问题,无须对各个频率信号单独设计控制器,简化控制结构。在此基础上,提出了包含桥臂电流指令值计算、基于MPC的桥臂电流控制和子模块电容电压均压控制的MMC综合控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相MMC仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于比例和改进准谐振控制的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（MMC）由于电容电压的波动会产生环流在相间流动,环流会增加能量损耗并对子模块中的绝缘栅双极晶体管（IGBTs）产生不良的影响。为抑制环流,基于环流的动态数学模型设计了一种能产生反向二倍频分量的比例控制器。针对环流中的高次谐波对传统的准谐振控制器进行了改进。对所提策略进行了仿真验证,仿真结果表明比例控制策略仅经过0.2 s后快速达到稳态抑制环流,改进后的准谐振控制策略相比于改进前THD值优化了3.56%,进一步降低了高频谐波分量,验证了所提策略的可靠性。     

模块化多电平矩阵变换器低频控制方法

模块化多电平矩阵变换器(MMMC)在低频甚至零频率运行时,低频纹波电压与输出频率成反比,导致模块电容电压波动过大而影响MMMC安全运行。为解决该问题,提出一种MMMC低频控制方法。该方法外环采用层次化电容电压平衡控制,并基于能量交换规律将输出二倍频纹波电压当做有用成分,与电容电压直流分量共同参与平衡控制,最后,通过复合控制器实现MMMC相间平衡和低频纹波抑制的双重控制;内环采用各桥臂电流独立控制,避免了复杂的解耦变换和内部环流产生。该方法适用于输出零频率的特例工况。通过半实物实验验证了所提控制方案的可行性、有效性以及优良的动静态特性。     

基于六阶动态模型的MMC多回路控制策略

针对负载和模块化多电平换流器(MMC)参数变化引起MMC输出电压不稳定问题,提出一种基于六阶动态模型的MMC多回路控制技术.首先建立了 MMC六阶动力学模型,基于此给出MMC有功功率和无功功率能力曲线;在此基础上,提出MMC三回路控制技术,即外部回路控制(OLC)、中央回路控制(CLC)和内部回路控制(ILC).其中,...     

基于改进算法的MMC电容电压平衡策略

基于电压源型换流器的高压直流输电采用全控器件IGBT,又称为柔性直流输电,其中模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)技术具有开关频率低、谐波少、方便拓展等特点,现已成为学者广泛关注的热点,对其子模块均压控制则是该技术的关键.通过对MMC结构进行深入分析,提出了一种改进的电...     

基于多步模型预测控制的模块化多电平换流器环流控制策略

模块化多电平换流器(MMC)以其结构模块化、低谐波输出以及冗余控制等优点在中高压领域得到了广泛的关注与研究。推导了MMC离散数学模型,提出了基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法,能够实现桥臂环流的多步优化控制并有效地降低预测控制计算量。首先利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测,再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测,最终求解出桥臂投入模块数的优化解,实现环流电流的多步优化控制,从而有效地抑制环流中的谐波电流。所提多步预测控制利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集,可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数,有效地降低控制器的计算量。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了201电平MMC时域仿真控制系统,仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

基于改进型虚拟磁链的MMC直接功率控制

介绍了模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的拓扑结构和工作原理,针对MMC常用的双闭环矢量控制策略存在控制参数种类繁多、动态响应较慢等问题,采用虚拟磁链定向的方法实现了对MMC的功率估算,间接获取电压角度。提出一种基于二阶级联型惯性环节的改进型虚拟磁链观测器,解决了传统的虚拟磁链观测方法存在初始值选取和直流分量等问题。在Matlab/Simulink仿真环境下,搭建了20个子模块数的MMC仿真模型,仿真结果表明了基于改进型虚拟磁链的直接功率控制方法正确、有效。     

三电平双向直流变换器的模型预测电压控制研究

三电平双向直流变换器以其传输效率高和输出波形畸变率小等优点在储能系统等低压大电流场合得到了广泛应用.但由于其输出电平数量的增多,调制复杂度增加,可能在应用中出现中点不平衡问题.针对以上问题,提出模型预测电压控制MPC(model predictive control)方法,实施直流母线电压和输出侧分压电容均压的多目标优...     

电池储能型模块化多电平变换器的混合模型预测控制方法

将模块化多电平变换器(MMC)作为电池储能系统(BESS)的并网变换器,可在实现高压并网的同时兼具控制的灵活性。针对电池储能型模块化多电平变换(B-MMC)系统,提出一种可有效减小计算量的混合型模型预测控制(H-MPC)方法。该H-MPC方法由PI控制和MPC组成。其中,PI控制部分用于求取满足交流电流输出和环流控制要求的子模块接入个数;MPC则负责共模电压(CMV)抑制,对子模块接入个数进行适当调整。结合子模块接入个数与电池组荷电状态(SOC)的排序结果,即可产生具体开关信号。针对不同应用场合,PI控制部分和MPC的控制目标选取要更为灵活。以环流控制为例,对其包含于MPC部分的情况进行简要分析。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证了该方法的正确性与有效性。     

模块化多电平换流器有限状态分层模型预测控制方法

模型预测控制易于协同控制多个参量,在模块化多电平换流器控制中体现出显著的优势,但传统的有限状态模型预测控制方法的权重因子难以精确设计,需要依赖大量的仿真和实验测试。文中提出一种有限状态分层模型预测控制方法,通过逆向预测交流电压以及桥臂内部不平衡电压降计算上/下桥臂导通子模块数,实现交流电流控制和环流抑制。所提方法不仅省去了权重因子的繁杂设计过程,且无须循环计算所有开关状态,简化了循环预测次数,还可确保2N+1电平输出;同时,提出了一种基于预测分组排序的子模块电容电压平衡控制方法,可有效降低电压排序次数和开关频率,从而降低控制器的计算量。最后,搭建了模块化多电平换流器平台,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于占空比调制的模块化多电平换流器模型预测控制

近年来,模型预测控制因其原理简单、控制方式直接、多目标控制容易实现等优点被广泛应用于模块化多电平换流器(MMC).但当前的模型预测控制方法主要存在开关频率不固定、各模块功率损耗不均衡、平均开关频率较高等问题.文中提出一种基于占空比调制的模型预测控制方法.首先,根据交流输出电流和环流的控制目标,利用MMC离散数学模型,逆...     

模块化多电平换流器的快速电压模型预测控制策略

针对传统模型预测控制策略用于模块化多电平换流器(MMC)时存在运算量庞大的问题,在分析MMC离散数学模型的基础上,通过优化控制目标实现方式、简化滚动优化过程,提出一种结合排序均压思想的快速电压模型预测控制策略。该控制策略针对三相MMC系统,基于电压矢量预测模型进行设计,可在保留传统模型预测控制算法优点的同时令运算量得到大幅度减小,使其应用不受MMC电平数量限制。通过在MATLAB/Simulink软件中搭建双端21电平的基于MMC的柔性高压直流输电(MMC-HVDC)系统模型进行了仿真验证,证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于模型预测的MMC-RPC直接功率控制策略

为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理,在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC（model predictive direct power control）结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器 MMC-RPC（railway power conditioner with modular multilevel converter structure）。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数,并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿,以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型,并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比,验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。     

U-Cell拓扑并网逆变器的MPC策略

针对七电平U-Cell拓扑并网逆变器的优化控制问题,设计了模型预测控制(MPC)策略。不同于传统并网逆变器系统,新型基于U-Cell拓扑的并网逆变器具有一个独立直流源和一组电容作为辅助直流回路,故能实现多目标控制的MPC方案应用于此具有明显优势,其通过对辅助电容电压的控制可实现七电平电压输出,同时控制逆变器在并网点提供所需的有功和无功功率,并保证电能质量。利用U-Cell拓扑逆变器样机进行了相关实验,实验结果表明,在直流电压、功率变化和功率因数变化下,系统均具有快速且准确的动态响应。     

基于AFE变换器的改进模型预测控制策略

针对有源前端(AFE)变换器电流环采用有限集模型预测控制算法(FCS-MPC),存在数字控制器计算量大,输出的电流脉动大、系统性能差等问题,本文提出了一种改进模型预测控制策略。首先通过坐标变换构建α-β坐标下有源前端(AFE)变换器的预测模型,结合电压型空间矢量变换的原理,引入扇区矢量判断法,减少最优电压矢量选择的次数。最后根据选出来的电压矢量,在一个控制周期内同时施加有效电压矢量和零电压矢量并分配相应的作用时间。该方法不但保留了传统模型预测控制(MPC)算法的快速动态响应特性,而且改善系统的稳态性能。仿真和实验结果均验证了所提的方法正确性与有效性。     

向无源网络供电的MMC-HVDC逆变站高性能控制策略

向无源网络供电的逆变站通常采用电压外环、电流内环的控制方法,存在控制结构复杂、4个比例—积分调节器参数调整困难、负载扰动下动态响应较慢、向非线性负载及不对称负载供电时电压质量较差等缺点。为此,首先建立了模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统逆变侧静止坐标系下的暂态数学模型,并推导其离散数学模型,进而据此设计了逆变站模型预测直接电压控制(MPDVC)策略。为减少MPDVC的计算量,将无差拍控制和模型预测控制相结合提出无差拍MPDVC,并定性分析了两种控制策略的等价关系。在PSCAD/EMTDC中搭建21电平MMC-HVDC仿真模型,在各种工况下对无差拍MPDVC进行了仿真验证,并与电压外环、电流内环的控制方法进行仿真对比。仿真结果表明,无差拍MPDVC在各种工况下均能向无源网络提供较高电压质量的电能,具有良好的稳态性能和动态性能,控制性能明显优于电压外环、电流内环的控制方法。